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煤粉尘爆炸风险 作者 CLETE?R.?STEPHAN,?P.E.? 矿业安全和健康管理协会 匹斯堡 宾西法尼亚 摘要 ? 世界上有很多工厂需要处理煤炭，比如制剂厂。很多其它工厂以煤炭为生产原料，如水泥厂和石灰石厂。虽然煤炭能安全的处理并有效的燃烧，但随着煤炭颗粒尺寸的减小，存在爆炸的危险在增大。颗粒尺寸的原煤可以燃烧并导致连锁性爆炸，爆炸经常出现在热干燥系统，旋风除尘系统，库房和粉状燃料系统系统，磨机和其它工艺或输送设备中。本文主要讨论暴炸是如何在这些工厂中发生的。 ? 燃烧三要素和爆炸五边形（要素） 需要以下三个要素同时存在才能导致燃烧： 燃料，热和氧的存在，这些元素形成了燃烧三角型的三个边。如果去掉任何一个因素，燃烧是不可能发生的，举个例子，如果不存在氧气或者只有很少氧气存在，无论热量有多大，有多少燃料，都不会燃烧。同样的，如果没有充足的热量，没有一定浓度的燃料和氧气也无法燃烧。 另一方面，对于爆炸现象的出现，需要以下个因素同时存在：当燃料，热和氧气，悬浮，并且在密闭空间中，形成了爆炸五边型（要素）。就像三角型一样，取除任何一个所需要因素，都可以阻止爆炸的传播（发生）举个例子，如果燃料，热源和氧气在密闭空间中，处在一个合适的范围内，但并不是悬浮状态，则不会发生爆炸，但是在该情形下，会发生燃烧。如果燃烧的燃料被阵风吹起悬浮起来，则同时满足了爆炸五边型所需的所有条件，爆炸即将发生。 在工厂阻止爆炸的发生，就需要牢记燃烧三要素（燃料，热，氧气）和爆炸五要素（燃料，热，氧气，悬浮，密闭空间） ? 燃料 煤，作为一种主要燃料，需要满足几个条件才会发生爆炸。这些条件是挥发份，颗粒尺寸和数量，前美国矿业局在实验性煤矿为评估煤的爆炸性能进行了大规模的实验，证明了挥发份是很有价值的（参数）。为了计算挥发率，需要在实验室先对煤样做一个初步的分析。该分析确定了煤中挥发性物质和固定炭含量，包括水份和灰份，挥发份定义是由煤中挥发性物质除挥发性物质和固定炭之和。 该计算模式提供了一个独立于煤炭自然特性或煤中附加不可燃成分的有价值数据，已经证明了，若煤粉中挥发份超过0.12，存在爆炸风险。所有的烟煤都属于此类，既然无烟煤通过确认，挥发份不大于0.12，它们不存在爆炸风险。非常值得注意的是，烟煤和无烟煤都会引起燃烧，但只有烟煤会导致爆炸。另一个重要的条件是粒度，实验已经证明了若烟煤的粒度小于美国标准20目筛则参与煤粉爆炸（则参与爆炸反应）20目筛子可以保证颗粒通过841微米，大约0.03英寸，这是能对爆炸产生左右的最大尺寸。（大于20目的颗粒，不会发生爆炸） 随着颗粒尺寸的缩小，爆炸危险会增加。通常在磨粉系统中，煤的颗粒尺寸通常有85%以上通过美标200目筛子，小于74微米，或0.003英寸。点燃这些煤尘的所需要的能量更少，温度更低；既然在小颗粒中，热传递速度更快，那么爆炸产生的压力和产生速度加快了。（爆炸速度和强度增加） 第三个与爆炸有关的是煤粉能达到的浓度。以知最低爆炸浓度（MEC），在该最低悬浮浓度煤粉会传播爆炸（连锁燃烧，爆炸），且产生具有破坏性的压力。烟煤的最低煤粉爆炸浓度大约是0.10盎司/立方英尺，或者100g/立方米当煤粉浓度在入口处到达最低爆炸浓度时， 在被驱散的煤尘之前无法看到在煤尘中10米远带灯罩的路灯。同样，人在MEC浓度的空气中无法呼吸。该数量相当与一个普通8小时轮班矿工可吸入粉尘浓度的25000倍。 在宾西法尼亚布鲁斯顿的煤矿实验室中，MEC浓度的煤粉沉降到地板上厚度是0.005英寸厚。该厚度几乎无法观察到，换句话说，如果在工厂的地板上或墙上看到了脚印，那么现场的煤粉浓度足以引发爆炸。 爆炸浓度的上限并没有完美的测定；实验表明，3.8盎司/立方英尺的煤尘浓度会引发低强度的爆炸，5.0盎司/立方英尺的浓度会将在点燃处10远的距离熄灭（距离燃火中心外10米处熄灭）。其它可燃性灰尘和气体可导致煤的MEC值降低，在另一方面，如果增加灰份的含量，岩石粉，惰性气体和其它惰性材料可降低爆炸风险。 热 ? 满足燃烧三要素和爆炸五边型所需的热通常以温度和能量的形式表现出来。煤尘的点燃温度随着煤挥发性的升高而降低，在高挥发份时，煤粉的点燃温度接近极440度的限温度（华氏824），匹斯堡煤层煤粉的粒度在180微米以下时点燃温度几乎是个常数，随着颗粒尺寸的增加，需要更高的煤粉的点燃温度。随着颗粒尺寸的缩小，煤粉更加容易点燃。 煤粉层的点燃温度随着挥发份的升高而降低。，在高挥发份时，煤粉层的点燃温度接近与极限温度160C，当煤粉聚集在热表面上时，最低点燃温度随着煤粉沉集厚度的增加迅速降低。这实际上是由于较厚的粉尘可吸收和储存了热量更迅速。举个例说明不同的煤种，煤粉雾的